پیشنهاد راه حل برای کنترل و حفاظت از موتورهای ولتاژ متوسط با استفاده از تماسگر خلاء-فیوز (VCF) در سیستم انتقال زغال

۱. پس‌زمینه پروژه

یک سیستم انتقال زغال سنگ شامل ۱۵ نوار نقاله که توسط موتورهای متوسط ولتاژ به حرکت در می‌آیند. این سیستم در شرایط پیچیده عمل می‌کند و موتورها معمولاً با بار سنگین و راه‌اندازی‌های مکرر مواجه هستند. برای حل این چالش‌ها و دستیابی به کنترل مؤثر و حفاظت قابل اعتماد در هنگام راه‌اندازی موتور، پروژه به طور جامع از دستگاه‌های ترکیبی خازنه‌ای خلاء-فیوز (VCF) برای توزیع انرژی موتورهای متوسط ولتاژ ۶kV استفاده می‌کند. این راه‌حل جزئیات ویژگی‌های فنی، مزایا و کاربرد VCF را ارائه می‌دهد و مرجعی قابل اعتماد برای شرایط مشابه فراهم می‌آورد.

2. مزایای اصلی و ویژگی‌های فنی VCF

۲.۱ ساختار تجهیزات پیشرفته و فناوری عایق‌بندی

• ​نوع تجهیزات: این راه‌حل از ساختار VCF قابل خروج برای راحتی نصب، نگهداری و تعویض استفاده می‌کند.
• ​فن آوری اصلی: با استفاده از عایق‌بندی مرکب رزین اپوکسی و فناوری ژلاتین‌سازی تحت فشار خودکار (APG)، مدار قطع خلاء مستقیماً در رزین اپوکسی پوشش داده می‌شود که به طور قابل توجهی عملکرد عایق‌بندی، مقاومت مکانیکی و ثبات محیطی را افزایش می‌دهد.
• ​مکانیسم عملیاتی: مکانیسم عملیاتی با دقت طراحی شده و مصرف انرژی کم دارد.

۲.۲ ترکیب جامع و قابلیت کاربرد گسترده

• ​ترکیب تجهیزات: VCF شامل ترکیب بهینه فیوزهای محدودکننده جریان بالاولتاژ (که قادر به قطع محدوده گسترده‌ای از جریان‌های کوتاه مداری هستند) و خازنه‌های خلاء VCX قابل عملیات مکرر است که یک راه‌حل مداری F-C کلاسیک را تشکیل می‌دهند.
• ​مزایای اصلی: عمر عملیاتی طولانی، عملکرد پایدار و صدای کم را ارائه می‌دهد.
• ​دامنه کاربرد: به طور گسترده در سیستم‌های برق کمکی بالاولتاژ در نیروگاه‌های ترمیک و همچنین در صنایع متالورژی، پتروشیمی و معادن استفاده می‌شود. مناسب برای کنترل و حفاظت از بارهایی مانند موتورهای بالاولتاژ، ترانسفورماتورها و فرّن‌های القایی است.

۲.۳ قابلیت تطبیق بالا و ویژگی‌های ایمنی

• ​سازگاری با کابین: واحد VCF قابل خروج با ابعاد و موقعیت‌های پنج‌گیری واحدهای خروجی مداربر قاب‌های میانی با عرض ۸۰۰ میلی‌متر سازگار است که امکان جایگزینی بدون هیچ تغییری در کابین‌های موجود را فراهم می‌کند.
• ​راحتی نگهداری: طراحی قابل خروج امکان جایگزینی ایمن و راحت فیوزهای بالاولتاژ خارج از کابین را فراهم می‌کند.
• ​روش نگهداری: خازنه خلاء می‌تواند بر اساس نیاز مشتری برای نگهداری الکتریکی یا مکانیکی تنظیم شود.
• ​حفاظت از کمبود فاز: با حفاظت کامل از کمبود فاز مجهز شده است. در صورت رخ دادن کمبود فاز، فیوز عمل می‌کند و به صورت مکانیکی با VCF قفل می‌شود تا مطمئن شود که مدار موتور قطع شود و به طور موثر از آسیب دیدن موتور به دلیل کمبود فاز جلوگیری کند.

3. پارامترهای فنی کلیدی (رتبه ۷.۲kV)

4. اصول کنترل و حفاظت

حفاظت VCF بر اساس مقدار جریان برای عملکرد بهینه تقسیم‌بندی شده است:

• ​محدوده جریان کم (< ۴kA)​: توسط خازنه خلاء برای قطع عادی و حفاظت از بار بیش از حد مدیریت می‌شود.
• ​محدوده جریان بالا (> ۴kA)​: توسط فیوز بالاولتاژ به سرعت قطع می‌شود تا خطاهای کوتاه مداری را برطرف کند.
• ​هماهنگی منحنی‌ها: منحنی حفاظت خازنه زیر منحنی مداربر تنظیم شده است تا خازنه در مواقع بار بیش از حد ابتدا عمل کند. همچنین، یک فیوز با تنظیمات حفاظتی کمتر از مداربر بالادست انتخاب می‌شود تا به طور کامل از قطع ناخواسته جلوگیری کند.

5. مزایای VCF در مقایسه با مداربر خلاء

برای بارهای موتوری که مکرراً راه‌اندازی و توقف می‌شوند، VCF مزایای قابل توجهی نسبت به مداربرهای خلاء دارد:

6. هسته انتخاب VCF: راهنمای انتخاب فیوز

عملکرد VCF به انتخاب صحیح فیوز بستگی دارد، با در نظر گرفتن عوامل زیر:
ولتاژ کاری، جریان کاری، زمان راه‌اندازی موتور، تعداد راه‌اندازی‌ها در ساعت، جریان کامل موتور و جریان کوتاه مداری در نقطه نصب.

۶.۱ قوانین و مراحل انتخاب

1. ​ولتاژ اسمی: ولتاژ اسمی فیوز نباید کمتر از ولتاژ کاری سیستم (در این مورد ۷.۲kV) باشد.
2. ​محاسبه جریان اسمی:
• از فرمول استفاده کنید: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: جریان معادل در هنگام راه‌اندازی (A)
• NNN: نسبت جریان راه‌اندازی به جریان کامل (معمولاً ۶)
• InI_nIn​: جریان کامل موتور (A)
• δ\deltaδ: ضریب جامع (بر اساس تعداد راه‌اندازی‌ها در ساعت، n، از جدول زیر)

1. ​هماهنگی منحنی: مقدار محاسبه شده IyI_yIy​ و زمان راه‌اندازی موتور را روی منحنی مشخصه زمان-جریان سازنده فیوز رسم کنید. فیوز با جریان اسمی متناظر با منحنی به راست از این نقطه را انتخاب کنید.
2. ​بررسی اضافی: جریان اسمی فیوز انتخاب شده باید ​**> ۱.۷ برابر جریان کامل موتور** باشد.

۶.۲ مثال انتخاب

برای یک سیستم ۷.۲kV با یک موتور بالاولتاژ ۲۵۰kW که به صورت مستقیم راه‌اندازی می‌شود:
In=30AI_n = 30AIn​=30A، ۱۶ راه‌اندازی در ساعت، زمان راه‌اندازی ۶ ثانیه.

• محاسبه: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• انتخاب: روی منحنی زمان-جریان فیوز، منحنی را به راست از نقطه (۳۷۸A، ۶ ثانیه) پیدا کنید که متناظر با جریان اسمی فیوز ۱۰۰A است.
• تایید: ۱۰۰A > ۱.۷ × ۳۰A (۵۱A)، شرط را برآورده می‌کند. بنابراین، می‌توان یک فیوز حفاظت موتور بالاولتاژ با جریان اسمی ۱۰۰A یا بالاتر را انتخاب کرد.

7. نتیجه‌گیری

از یک تجزیه و تحلیل هزینه-کارایی جامع:

• با وجود هزینه خرید کمتر مداربرهای خلاء، عمر عملیاتی کوتاه‌تر آن‌ها آن‌ها را برای راه‌اندازی‌ها و توقف‌های مکرر مناسب نمی‌کند و منجر به هزینه‌های نگهداری بلندمدت و خطرات خرابی بالاتر می‌شود.
• راه‌حل VCF مزایای خازنه‌های خلاء (عمر طولانی، ولتاژ اضافی کم، مناسب برای عملیات مکرر) و فیوزها (قطع فوق‌سریع جریان‌های کوتاه مداری) را با هزینه کلی اقتصادی ترکیب می‌کند.
• برای سیستم انتقال زغال سنگ و سایر کاربردهای با عملیات مکرر و ویژگی‌های راه‌اندازی با بار سنگین، VCF یک راه‌حل ایده‌آل با عملکرد بالا، قابلیت اطمینان و اقتصادی است.